III -02 Contrôle de la Qualité

III -02 Contrôle de la Qualité

A. Dosages par étalonnage

1. Principe

Le dosage par étalonnage consiste à comparer une propriété physique caractéristique de la solution contenant l'espèce chimique à doser, avec la même propriété physique de solutions de concentrations connues de la même espèce chimique appelées solutions étalons.

chimique appelées solutions étalons.

Les propriétés physiques exploitables peuvent être la couleur (échelle de teinte),

l'absorbance ou la conductivité.

(voir TPIII-02 et chapitre I-04)

2. Conductivité

http://bertrand.kieffer.pagesperso-orange.fr/ibays/Primary/html/ens/physique/Kieffer/SPterm/cours/III-02_Conductimetrie.swf

La conductivité d'une solution, notée σ,

mesure sa capacité à conduire le courant électrique.

Loi de Kohlrausch

• σ est proportionnelle à [ion] pour les concentrations faibles (≤ 10^-2 mol.L^-1)

σ = λ

ion × [ion]

λion est la conductivité molaire ionique caractéristique de l’ion

caractéristique de l’ion

ne dépendant que de la température.

σ solution = Σ ( λ

i × [ion] _i )

S.m².mol

mol.m

3. courbe d'étalonnage

La loi de Kohlrausch comme la loi de Beer-Lambert sont

des relations de proportionnalité entre la grandeur physique caractéristique de l'espèce en solution et sa concentration.

(voir §2.2. p425)

X

C

exercices n°10, 4* et 5 p454… : calculs de σ, c

exercices n°7* et 8* p454… : courbes d’étalonnages

Applications : exercices 19 et 28 p458…

1. Principe du titrage direct

solution titrante

1.1. Conditions expérimentales

Un titrage est un dosage utilisant une transformation chimique rapide, totale et univoque.

B. Dosages par titrages directs

solution titrante

solution titrée

c (mol.L^-1) ? de concentration connue

1.2. Réaction de titrage

L’espèce A est titrée par l’espèce B selon la réaction :

a A + b B → c C + d D

En pratique, on verse progressivement une quantité

croissante de la solution titrante, dans un volume connu de la solution titrée jusqu'à ce que toutes les molécules ou

ions de A soient consommés.

1. 3. Tableau d’avancement pour déterminer l’équivalence

Equation chimique : a A + b B → c C + d D

Etat du système

Avancement n_A n_B n_C n_D

Etat Initial 0 nⁱ_A 0 0

En cours de

transformation x nⁱ_A– a x

n_{B (versé)}

n_{B (versé)}– b x c x d x

transformation

A l’équivalence ^{xE 0 0}

x_Eest atteint lorsque : nⁱ_A– a x_E= 0 ou n_{B (versé)}– b x_E = 0 simultanément

A l'équivalence le réactif titré présent initialement et le réactif titrant versé dans le milieu réactionnel ont été placés dans les proportions stœchiométriques

et ont entièrement réagit.

1.4. Variations des quantités de matières des réactifs

Quantités de matières des réactifs dans le milieu réactionnel

nⁱ_{A Lorsque VB = VB E :} nⁱ_A n_{B E} a = b

V_B

V_{B E} Avant l’équivalence :

n_A diminue

Après l’équivalence : n_B augmente

Volume de B versé

0

A l’équivalence :

On peut calculer la concentration de la solution titrée :

nⁱ_A n_{B E} a = b

c_A×V_A c_B×V_{B E}

1.5. Relation à l’équivalence

c_A×V_A c_B×V_{B E}

a = b

= a

c

b c

×V

V

×

Comment repérer l’équivalence ?

3 types de dosages par titrage direct :

• dosage pHmétrique

• dosage conductimétrique

• dosage colorimétrique

2. Titrage colorimétrique

solution de

permanganate de potassium

• Exemple

solution de sulfate de fer

MnO

+ 5Fe

+ 8H

Mn

+ 5Fe

+ 4H

O

Décoloration du permanganate

de potassium : les ions MnO₄^-_(aq)

disparaissent

Arrêt quand la coloration

persiste

V

Lorsque

V_MnO4- = V _E :

n

n

5 = 1 ⁴

MnO₄^-_(aq)+ 5Fe²⁺_(aq)+ 8H⁺_(aq) Mn²⁺_(aq)+ 5Fe³⁺_(aq)+ 4H₂O

On repère l’équivalence en 2 temps avec la disparition d’une couleur ou une nouvelle coloration persistante

Mode opératoire (voir TP) :

Un titrage rapide puis un titrage précis à la goutte près

• Exemple

hydroxyde de sodium volume versé : v_b concentration c_b

3. Titrage acide-base

0 1

2.00

ON

°C pH

pHmètre concentration c_b

acide chlorhydrique volume initial v_a (+ v_eau) concentration c_a

Exemple : c_a = 0,05 mol/L - V_a = 20 mL - V_eau = 20 mL - c_b = 0,1 mol/L

http://scphysiques.free.fr/TS/chimieTS/dosagepH.swf

3.1. courbe pH = f(V

) obtenue

Le volume équivalent est déterminé à l’aide de la méthode des tangentes.

3.2. Détermination graphique de V

V

3.3. Utilisation de l’ExAO

La dérivée passe par un maximum lors du saut de pH

V_{B E}

3.4. pH à l’équivalence

Lors d’un titrage d’un acide fort par une base forte,

pH

= 7,0

Lors d’un titrage d’un acide faible par une base forte,

pH

> 7

3.5. Titrage acide-base colorimétrique

http://scphysiques.free.fr/TS/chimieTS/dosagepH.swf

• Choix de l’indicateur :

La zone de virage de l’indicateur coloré doit se

situer dans le saut de pH

• Titrage base forte/acide fort : pH

= 7

• Titrage base faible/acide fort : pH

< 7

3.6. Titrage d’une solution basique

http://scphysiques.free.fr/TS/chimieTS/dosagepH.swf

Lorsque la réaction de titrage met en jeu des espèces ioniques, on peut

4. Titrage conductimétrique

4.1. Conditions expérimentales

espèces ioniques, on peut suivre la variation de la conductivité σ du milieu

réactionnel.

4.2. Mode opératoire

http://gilbert.gastebois.pagesperso-orange.fr/java/dosage/conductimetrique/dosage.htm

4.3. Repérage de V

Avant l’équivalence, la quantité d’ions diminue

Titrage de l’acide chlorhydrique par la soude :

V_{B E}

quantité d’ions diminue dans le milieu réactionnel

Après l’équivalence, la quantité d’ions

augmente

http://gilbert.gastebois.pagesperso-orange.fr/java/dosage/conductimetrique/dosage.htm

Avant l’équivalence, la

Titrage de l’acide acétique par la soude :

Après l’équivalence, la quantité d’ions

V_{B E}

Avant l’équivalence, la quantité d’ions augmente dans le milieu réactionnel

quantité d’ions continue d’augmenter

dans le milieu réactionnel

exercices n°3 et 4* p474 : réaction de titrage et relation à l’équivalence.

exercice n°8* p475 : méthode des tangentes

exercice n ° 10 p475 : interprétation courbes pH = f(V) exercice n°20 p479 : Incertitude

exercice n°20 p479 : Incertitude

Applications : exercices 16 et 17 p478…